Роскосмос: следующий шаг для человечества — это Луна

Роскосмос ранее анонсировал ряд амбициозных планов: освоение Луны, программа создания ракет на метановом топливе, разработка робототехнических комплексов для работы на поверхности планет. О текущем статусе этих проектов, важности освоения Луны, метановом ракетном двигателе и о том, какое имя получит робот, создаваемый по прототипу робота "Федор", для испытаний корабля нового поколения "Орел", в интервью ТАСС рассказал исполнительный директор госкорпорации "Роскосмос" по перспективным проектам и науке Александр Блошенко.

— На каком этапе находится работа над лунной программой РФ?

— В конце года Роскосмос внесет концепцию программы изучения и освоения Луны в правительство. Сейчас головная научно-исследовательская организация ракетно-космической промышленности ЦНИИмаш совместно с Российской академией наук разрабатывает развернутый сценарный план, который будет рассчитан на период, выходящий за пределы действующей Федеральной космической программы, то есть далеко за 2025 год. Конкретные суммы в этот документ не войдут, но будут очерчены разумные границы по объему работ. Самое главное — будет прописан системный взгляд на наши планы.

— Каковы ключевые элементы программы?

— Главная задача — строительство научной лунной базы. Для нее выбран район на Южном полюсе Луны. Он благоприятен с точки зрения рельефа и условий — достаточно света для работы солнечных батарей и есть кратеры с постоянным затемнением и запасами льда, который можно будет использовать в качестве топлива, сырья и как научный объект для изучения эволюции Вселенной.

На этой базе планируется разместить аппаратуру для изучения дальнего космоса и спецтелескопы для отслеживания угрожающих столкновением с Землей астероидов и комет. Эти телескопы вместе со спутниками в точках либрации системы Солнце — Земля потом войдут в глобальную систему мониторинга астероидно-кометной опасности, которая будет наблюдать за потенциально опасными объектами на фоне Солнца и в глубине космоса.

Также на Луне планируется создать полигон для отработки технологий, которые понадобятся для продвижения дальше в космос. В дальнейшем в рамках освоения Солнечной системы интерес для Роскосмоса представляют малые тела и астероиды. Это и вопросы планетарной безопасности, и научные интересы, и источник сырьевых ресурсов. Но это дело дальнесрочной перспективы.

Для лунной базы в сотрудничестве с Росатомом мы разворачиваем работу по ядерным энергетическим модулям небольшого размера. Предполагается, что будет сформирована специальная подпрограмма по развитию космической ядерной энергетики, в рамках который эти модули будут разрабатываться.

Луна сегодня по многим причинам наиболее удобный объект для освоения человечеством, в том числе по соображениям безопасности. Это следующий шаг после низкой околоземной орбиты, где находится МКС. Сегодня путешествие к МКС занимает часы, к Луне дни, а, например, к Марсу — месяцы, а если придется ждать подходящего пускового окна (удобного взаимного расположения Земли и Марса), то и вовсе годы. Представьте, если вдруг возникла необходимость экстренной эвакуации экипажа, насколько должны быть развиты технологии автономного жизнеобеспечения, чтобы гарантировать человеку безопасность в таких миссиях.

— Кто будет работать на этой базе?

— Обслуживанием инфраструктуры должны заниматься робототехнические системы. Постоянно обитаемая база на Луне не предполагается. Периодическое посещение поверхности спутника Земли людьми возможно, но только для решения задач, которые роботы выполнить не в состоянии.

— Как соотносится с лунной программой проект создания ракеты-носителя сверхтяжелого класса (СТК)? 

— Эскизный проект по СТК разрабатывается независимо. Ракетно-космическая корпорация "Энергия" должна представить его в Роскосмос в конце года, где пройдет его защита. Параллельно мы ждем утверждения правительством отдельной программы по сверхтяжу. Мы предложили, чтобы в рамках этой программы с самого начала разрабатывались варианты полезных нагрузок, которые эта ракета должна выводить. Масштаб нагрузок регулирует стоимость программы. Проект СТК будет синхронизирован с лунной программой в широком смысле.

— Какова может быть финансовая отдача от лунной программы?

— Быстро вернуть выделенные на лунную программу деньги не получится. Хотя бы потому, что на Луне сейчас нет, например, сверхценного сырья, добыча которого компенсировала бы все затраты.

Но это логичный следующий шаг в освоении космоса для человечества. Мы уже десятки лет поддерживаем существование человека на низкой околоземной орбите. Луна — это необходимый следующий шаг к освоению практических навыков использования планет и малых космических тел, умению заблаговременно распознавать внешние космические угрозы и их парировать.

Одновременно лунная программа заставит существенно "подтянуть" производство российской электронно-компонентной базы, обеспечит дальнейшее импортозамещение в робототехнике, энергетике и материалах, даст мощнейший толчок развитию искусственного интеллекта и направлений его использования. Вспомните, какой гигантский технологический скачок в смежных с космической индустрией отраслях совершила наша страна благодаря программе "Энергия — Буран". В конце концов, это демонстрация технологического могущества страны — способности создания в агрессивной космической среде за пределами околоземной орбиты условий для жизни и работы человека.

— Глава Роскосмоса заявил о планах по созданию российских ракет на метане. О чем идет речь?

— По ракете-носителю на метане у нас создан большой задел. Работы по созданию двигателей на метане ведутся предприятиями отрасли с 1998 года. Кроме того, изначально опытно-конструкторская работа (ОКР) "Феникс", которая позже была переориентирована на разработку "Союза-5", предполагала создание перспективной ракеты носителя среднего класса именно на метане. С этой ОКР была синхронизирована разработка соответствующего двигателя. В воронежском КБ химавтоматики ведется разработка опытного образца двигателя тягой 85 тонн. Опытный образец получил индекс РД-0177, а перспективное летное изделие — РД-0169.

Сейчас мы предлагаем сделать новую ракету носитель среднего класса на метановых двигателях. РКЦ "Прогресс" разработало в инициативном порядке основные разделы ее эскизного проекта. Новая ракета, в отличие от "Союза-2", не будет иметь боковых блоков, а получит тандемную схему — один блок на первой ступени, один на второй, то есть это будет "карандаш", по компоновке внешне похожий на "Зенит". Соответственно, планируется интенсифицировать работы в КБ химавтоматики по метановому двигателю, чтобы создать уже летный образец для проведения советующих испытаний. На первой ступени нового носителя планируется использовать воронежские РД-0169, на второй — тот же РД-0169, но с высотным соплом. Этот двигатель в перспективе будет сертифицирован на многоразовое применение.

— Эта ракета заменит "Союз-2"?

— В ближайшее время заменять "Союз-2" мы не планируем, потому что он нужен для пилотируемой программы, обеспечен заказами Министерства обороны и имеет огромную статистику успешных стартов. Одна из главных причин создания новой ракеты — задел по технологиям на многие годы вперед. Кроме двигателей, она получит новую систему управления, новые материалы и технологии производства. Носитель будет предельно прост и надежен в эксплуатации и технологичен в изготовлении.

Метан позволяет применять новые конструктивно-компоновочные схемы при проектировании, за счет этого число деталей и сборочных единиц по сравнению с "Союзом-2" уменьшится вдвое, что существенно повысит технологичность и удешевит себестоимость выпуска ракеты. Ее стартовая масса будет меньше, чем у "Союза-2", а грузоподъемность даже немного больше — до 10 т на низкую околоземную орбиту при пуске с космодрома "Восточный". Ракета получит головной обтекатель увеличенного размера — до 5 м в диаметре, что сегодня очень важно для заказчика, так как ограничение по диаметру обтекателя ограничивает типы космических аппаратов, которые можно выводить.

Другая изюминка нового носителя в исходно заложенной предельной цене пуска. Мы хотим изначально в техническом задании прописать стоимость пусковой услуги. Она должна быть конкурентоспособной. Причем не на момент принятия решения о постановке работ, а по состоянию на момент ее первого пуска.

— И когда может быть выполнен первый старт нового носителя?

— РКЦ проработал компоновку ракеты и варианты стартовых комплексов под нее. Теперь нужно делать полноценный эскизный проект. Его мы планируем закончить к концу следующего года. При выделении необходимых денег создать летный вариант ракеты на метане можно будет к концу 2024 года, а первый старт выполнить в 2025 году.

— Какая выгода от метановых двигателей?

— Про упрощение конструкции ракеты я уже сказал. Это достигается, собственно, за счет применения двигателя с умеренными параметрами в камере сгорания (давление, температура), также положительно сказывается на характеристиках и хорошая охлаждающая способность метана, его более высокий удельный импульс (двигатель будет более экономичен), применение надежной системы турбонасосных агрегатов и удачная компоновка баков. Температура жидкого метана в баке горючего (–160 °C) близка к температуре жидкого кислорода в баке окислителя (–183 °C). По сравнению с использованием керосина в качестве горючего, который требует поддержания его при температуре +40 °C, это позволяет существенно упростить систему термостатирования, сделать ее единой и выполнить баки для окислителя и горючего с совмещенными днищами. Все это упрощает и повышает надежность изделия.

С метаном удобно реализовывать схему горячего резервирования за счет того, что он создает меньшее давление и температуру в камере сгорания по сравнению с керосиновым двигателем при одинаковом уровне тяги. То есть пять-семь двигателей первой ступени номинально работают в щадящем режиме, и в случае отказа одного из них есть возможность форсировать работу остальных, обеспечив тем самым успешный пуск и выполнение миссии.

Ну и доступность, а также меньшая стоимость сырья позволят снизить и стоимость запуска. Мы называем двигатель метановым, потому что применяем гостированный сжиженный природный газ марки А, который на 99% состоит из метана. Это то, что серийно выпускает "Газпром", и разработка нового вида топлива не требуется. Именно на таком топливе мы и проводили предварительные прожиги изделий. Все решения по транспортировке и хранению этого вида топлива коллегами-энергетиками уже придуманы и доведены практически до совершенства. Тут, безусловно, мы рассчитываем на их помощь.

— Недавно на МКС побывал антропоморфный робот "Федор". Об успехах известно, а какие проблемы были выявлены?

— Для кардинальной переработки этой системы наземного исполнения для использования в космосе было мало времени, поэтому робот получился излишне габаритным и тяжелым. Хотя его можно было бы облегчить, например, заменив отдельные металлические элементы на полимерные и композитные. Также требуют доработки задающие устройства, например костюм для оператора, алгоритмы работы с задающими устройствами и некоторые настройки.

— Когда на МКС полетит следующий робот?

— В первую очередь следует отметить, что Роскосмос в значительной мере меняет подход к проведению научно-прикладных исследований в пилотируемом космосе — формируется нормативно-регулирующая база проведения целевых работ (здесь это аналог понятия "космический эксперимент"). Работы будут проводиться проектным методом по направлениям: научные фундаментальные исследования, отработка технологий освоения космического пространства, а также решение практических задач в интересах сторонних заказчиков и реализация образовательных мероприятий.

Пока дата полета следующего робота не определена. Ведутся работы по созданию робототехнического комплекса для внекорабельной деятельности — целевая работа "Теледроид", и у нас есть неплохой задел по проекту "Косморобот". Программа предусматривала полуавтономное передвижение на этот раз совсем не похожего на человека робота по внешней поверхности научно-энергетического модуля. Сейчас концепция пересматривается: на новом модуле должен стоять европейский манипулятор "Эра", и есть предложение по интеграции робота с этой "рукой". Аналогично системе из манипулятора Canadarm и робота Dextre.

— Какой робот полетит на "Орле"?

В первых тестовых полетах корабля "Орел" будет использоваться робот для внутрикорабельной деятельности, создаваемый на платформе "Федора". Шифр целевой работы — "Испытатель". Робот получил предварительное название ARTEM — Automatic Research and Testing Machine.

— Будет ли он управлять кораблем?

— Да, он будет делать то, о чем нас так долго все просили: нажимать кнопки, выполнять определенные операции. Пока не могу сказать, какой именно объем управления кораблем у него будет. Но стыковку со станцией, которая должна быть выполнена в рамках второго полета "Орла", он, конечно, проводить не будет — это проблематично с точки зрения безопасности.

— Чем он будет отличаться от "Федора"?

— Я подозреваю, что очень многим. После предварительной обработки результатов полета "Федора" на МКС очевидно, что в конструкцию "Артема" будет внесена масса изменений. Каких конкретно, пока говорить рано.

Внешний антропоморфный вид его сохранится, но я надеюсь, он станет элегантнее. Сейчас "Федор" довольно "топорно" выглядит, на первый взгляд, но это сделано целенаправленно — в рамках опытной отработки важные узлы расположены снаружи для удобства обслуживания, а не закрыты "для красоты" пластиковыми накладками. "Федор" в этом смысле, как автомат Калашникова, который разбирается руками и выколоткой, в то время как для обслуживания американской M16 нужно с собой носить набор специальных инструментов.

— Какие роботы разрабатываются для работы на других планетах, в чем будут их особенности?

— Рассматриваются разные концепции, в том числе с антропоморфными элементами. Антропоморфность будет востребована для выполнения нестандартных задач в режиме копирования действий человека-оператора с помощью задающего устройства. Для работы по программам с высокой степенью автономности зачастую более удобны спроектированные специально под задачу не похожие на человека роботы.

В целом уже есть определенность с платформой, на которой могут размещаться напланетные робототехнические комплексы. Это будет шагающая колесная тележка, которая может и катиться, и переступать через препятствия. Опытный образец такой тележки был создан еще в СССР в Центральном научно-исследовательском институте робототехники и технической кибернетики в Ленинграде, его концепция взята за основу. Выглядеть это будет так: колеса с гребущими лопатками или перфорированные колеса крепятся на шарниры, которые в случае необходимости могут двигаться, и тогда платформа способна переползти через камни, "перешагнуть" через трещины.

Гусеницы, например, для Луны не подойдут. В таком шасси большое число роликов, а лунный реголит — это очень абразивная пыль, которая быстро будет приводить такую платформу в негодность.

— Планируется ли создавать на Земле испытательный полигон для роботов?

— Да, такой полигон может появиться в ближайшие несколько лет на Кавказе или на Камчатке. В этих регионах подходящий ландшафт и грунт для отработки робототехнических комплексов. Есть места, где рельеф и грунт по некоторым свойствам похожи на те, которые есть на небесных телах. Европейское космическое агентство для этих целей уже давно "облюбовало" склоны вулкана Этна в Италии.

Не исключаю, что отработка следующих этапов миссии "Экзомарс" будет проводится на этом полигоне. Там же можно будет испытать роботы на шагающей платформе и образцы специального назначения, например, для разминирования. Этот полигон можно будет использовать также для тестирования робототехнических комплексов для нужд Минобороны, МЧС, Росатома, ФПИ, других организаций и компаний.

— Давно и много говорится о привлечении в отрасль молодых специалистов. Есть какие-то свежие идеи на этот счет?

— У немецкого аэрокосмического центра DLR есть хорошая практика. Они ежегодно берут около 40 студентов, и те отрабатывают свои идеи на тестовом проекте ракеты. Могут в ней что-то перепроектировать, поставить свою простейшую полезную нагрузку. Куратор от DLR в их проект не вмешивается, а только следит за безопасностью для персонала. До 90% запусков заканчивается неудачей. То есть человек полтора года горел, работал, а потом у него с датчика не снялись показания, потому что он банально контакты плохо припаял. Потом, естественно, следует подробнейший разбор технических деталей каждой такой студенческой миссии, поскольку вся работа тщательно документируется. Для практикантов-студентов это урок на всю оставшуюся жизнь. И толк от такого, даже зачастую плачевного, опыта несоизмеримо больше, чем от проекта, где за тебя руководитель все сам поправил, а ты даже не понял, где ошибся.

Я бы хотел постепенно перестроить взаимодействие с нашими вузами в подобный формат. Лучше пусть ребята ошибутся лишний раз, но зато сами и честно. Думаю, на "Восточном" в перспективе можно организовать студенческую стартовую площадку с небольшими полями падения для экспериментальных суборбитальных ракет.

До того как такой старт будет создан и организованы работы студенческих групп над пусковыми проектами, можно запустить и другой формат обучения. Мы можем выводить собранные студентами космические аппараты как попутную нагрузку. Будут ли они работать весь положенный срок или ломаться — для Роскосмоса не столь принципиально, важным является обеспечение условий для незасорения низких околоземных орбит, но для студентов, вложивших свои силы в эту программу, это станет бесценным опытом. Подобные проекты и сейчас есть, но на поверку эти спутники можно назвать "студенческими" лишь условно. Нам же, повторюсь, важнее чувствовать собственный вклад молодого специалиста — так предприятия отрасли присматривали бы себе кадровый резерв, проверяя его уже "в деле".

— Возвращаясь к Луне, ранее предлагалось добывать там гелий-3. Как обстоит дело с этой историей сейчас?

— Довольно часто, к сожалению, циркулирующее предложение о добыче в лунном грунте изотопа гелия Не-3 и спасения человечества от энергетического голода основано на нескольких заблуждениях.

Во-первых, этого изотопа в поверхностном слое лунного реголита очень мало. В солнечном ветре гелий (Не-4) составляет около 4%, и действительно есть очень небольшая доля изотопа Не-3. Эти частицы при столкновении с Луной имплантируются в ее грунт, но на очень маленькую глубину, поскольку частицы солнечного ветра имеют относительно малые энергии. Поэтому имплантированные частицы быстро улетучиваются с поверхности. Для того чтобы добывать этот изотоп в необходимых объемах, нужно создать на Луне промышленность, соизмеримую с золотодобывающей отраслью на Земле. При этом доля Не-3 в лунном грунте столь мала, что если бы золото на Земле содержалось в таком же количестве, его добыча оказалась бы экономически невыгодной.

Во-вторых, единственным преимуществом управляемой термоядерной реакции Не-3 по сравнению с обычной реакцией дейтерий — тритий, которую пока безуспешно в течение более чем 50 лет пытаются осуществить в разных странах, является то, что продуктами реакции являются заряженные протоны, а не нейтроны, как в случае реакции дейтерий — тритий. Протоны легче остановить магнитными полями, забрать у них энергию и сделать реакцию немного более чистой. Впрочем, на строящейся сейчас международной установке ITER в городе Кадаракш (Франция) эта проблема выхода нейтронов уже решена. Стоит отметить, что плата за это небольшое преимущество оказывается очень высока: для дейтерий-тритиевой плазмы термоядерный синтез возможен при температурах, превышающих 100 млн градусов. Для реакции с изотопами Не-3 нужна температура в девять-десять раз больше, то есть порядка миллиарда градусов. Конечно, не исключено, что в будущем человечество решит и эту задачу сверхвысокотемпературного термоядерного синтеза, но и тогда изотопы Не-3 не понадобятся — близкую критическую температуру для синтеза (1,3 млрд градусов) имеет реакция с атомами бора, который в неограниченных количествах можно добывать в земных океанах.

Таким образом, пока вопрос практического использования лунного Не-3 в термоядерной энергетике на повестке не стоит. Есть ряд неразрешимых на сегодня технологических проблем, которые не позволяют создать на Земле реактор на гелии-3. Плюс цена добычи и доставки гелия-3 с Луны совершенно нивелирует его потенциальные преимущества и пока относит эту тему в разряд спекуляций.

Беседовал Дмитрий Решетников